(1. I INTRODUCCIÓN

En el mundo, el plástico ha adquirido un rol dominante, a tal punto que es uno de los materiales más usados y versátiles. Es tal su importancia que el año 2016 su producción alcanzó la cifra de 242 millones de toneladas, y para el 2030 se espera que esa cifra aumente en un 40% (^{Haque, 2019}). Lamentablemente, a causa de la pandemia de COVID-19, los proyectos y esfuerzos que se realizaban por reducir la producción de plástico, se vieron reducidos a causa de la emergencia sanitaria (^{Patrício et al., 2020}). A pesar de tener una importante utilidad, el hecho que el plástico no sea un material biodegradable es una desventaja. Es por ello que su acumulación en el ambiente genera una preocupación considerable.

Las características de los plásticos hacen factible que los residuos se acumulen en vertederos, y en muchos de los casos, terminen afectando ecosistemas como los cuerpos de agua. Además, no solo los residuos plásticos generan contaminación, sino que el ambiente se ve afectado por la presencia de aditivos químicos, los mismos que se colocan en este material, y a los propios procedimientos de producción, reciclaje y desecho del plástico. Estos procedimientos, si no se regulan eficazmente, no solo representan adversidades ambientales, sino que pueden impactar la salud humana e incluso mercados económicos mundiales (^{Bataineh, 2020}; ^{Chen et al., 2021}; ^{Lebreton y Andrady, 2019}).

En Ecuador, la generación de residuos per capita alcanza los 0,58Kg al día, de estos el 11% corresponde a una fracción plástica. Lamentablemente, esta fracción plástica, como el resto de los residuos, se dispone mayoritariamente en vertederos a cielo abierto (^{Solíz, 2015}). Solo un pequeño porcentaje, el 3,7% de los residuos, se aprovecha gracias al trabajo de recicladoras de base (Solíz, 2015), pero esta labor aún resulta insuficiente para abordar el problema de acumulación de residuos plásticos.

Desde hace algunos años se planteó el uso de metodologías biotecnológicas para buscar soluciones sostenibles y efectivas para el tratamiento de desechos plásticos. Entre estas herramientas está el manejo de microbiota intestinal de invertebrados como los insectos (^{An et al., 2023}; ^{Tan et al., 2021}; ^{Yang et al., 2015}).

Pero no todos los materiales plásticos son susceptibles a revalorización en un tratamiento sostenible, económicamente viable o fácilmente accesible. Entre estos materiales se encuentra el Poliestireno Expandido (EPS), un plástico comúnmente usado como contenedor térmico y que, debido a su baja densidad, no es atractivo para procesos tradicionales de reciclaje o revalorización (^{Arriola y Velásquez, 2013}; ^{Cella et al., 2018}; ^{Haque, 2019}; ^{Ramli et al., 2019}).

En relación con esto, ^{Gan et al. (2021}), ^{Jiang et al. (2021}) y ^{Yang et al. (2015}) demostraron que algunos insectos son capaces de mineralizar plástico a través de su tracto digestivo. Los géneros de escarabajo (Coleóptera), Tenebrio y Zophobas, son los que más destacan.

Actualmente, parte de la insecticultura se enfoca en satisfacer un mercado creciente de alimentos sostenibles y altos en proteína, destinados tanto al consumo animal como humano. Este enfoque tiene implicaciones socioeconómicos y ambientales importantes (^{van Huis et al., 2013}).

De manera general, se conoce que la producción a gran escala de insectos genera una huella ambiental menor en comparación de otros animales de granja (^{Grau et al., 2017}; ^{Oonincx et al., 2019}). Sin embargo, al igual que otro proceso, la insecticultura genera residuos. El “frass”, una mezcla de fecas, exuvias y restos de alimentos (Official Journal of the European Union, 2021), puede representar hasta 20 veces la producción total de biomasa aprovechable de los insectos criados, ya que solo el 2% del alimento consumido se convertirá en biomasa aprovechable (^{Blakstad, 2021}; ^{Poveda, 2021}).

La cría de insectos, al centrarse en la sostenibilidad, abre la posibilidad de utilizar el frass como un biofertilizante en la actividad agrícola, lo que alinea a esta práctica con un modelo de economía circular. El frass contiene proporciones de quitina, que le otorgan propiedades disuasorias de insectos, hongos y nemátodos a las plantas. Incluso, su capacidad natural para proporcionar fósforos y nitrógeno al suelo, lo convierte en una opción importante para fortalecer una agricultura sostenible (^{Gärttling et al., 2020}; ^{Poveda, 2021}) y participar en un ciclo de producción circular de biofertilizantes.

Por otro lado, los insectos pueden formar parte de proyectos de entomoremediación. La especie modelo es Hermetia illucens, ampliamente estudiada por su efectiva capacidad de bioconvertir residuos sólidos orgánicos (^{Bulak et al., 2018}); y Tenebrio molitor, que se conoce que tiene la capacidad de alimentarse de poliestireno y polietileno, y otras especies, puede contribuir a la entomorremediación a través de la degradación de residuos orgánicos o inorgánicos como el plástico (^{Brandon et al., 2018}).

Existen variados estudios que confirman que algunas larvas de insectos son capaces de sobrevivir a una dieta inorgánica plástica (^{Yang et al., 2023}; ^{Zielińska et al., 2021}), pero estos no se enfocan en cómo dicha dieta influye en el desarrollo larval, y por ende, en la obtención de frass bajo un sistema de economía circular que involucre residuos plásticos y la biomasa necesarios para obtener biofertilizante.

Por lo tanto, la intención de este estudio es investigar y detallar la influencia de una dieta de poliestireno expandido en el desarrollo de larvas de Tenebrio molitor, y determinar cómo dicha dieta influye en el crecimiento y viabilidad larval; y en la obtención de biofertilizante.

2. METODOLOGÍA

Este estudio se caracteriza por ser cuantitativo, experimental y longitudinal. La población se consideró infinita, por ello se preparó una muestra de 1200 individuos de larvas de Tenebrio molitor, con una edad aproximada de 15 días. Estas larvas se obtuvieron de una granja en Quito. El trabajo se llevó a cabo en esta misma ciudad, por un tiempo que abarcó desde agosto del 2022 hasta enero del 2023.

2.2 Tratamientos y dietas

Se clasificaron las larvas en tres tratamientos o dietas (Figura 1).

1) Dieta orgánica: alimento a base de avena en hojuelas; 2) Dieta combinada: Formada de 50% de avena y 50%

Figura 1 Imágenes de las dietas a las que se sometió larvas de Tenebrio molitor por seis meses. La flecha señala a una larva en cada tratamiento. 

poliestireno expandido; 3) Dieta inorgánica: conformado en su totalidad por poliestireno expandido.

Debido a las características propias de las larvas de insectos como el tamaño reducido y a la sensibilidad a la manipulación; no es práctico criar elementos de manera individual por un tiempo prolongado. Por ello, cada tratamiento contó con ocho repeticiones en las cuales se incluyeron 50 larvas de Tenebrio molitor. Para proveer de hidratación a las larvas, se añadieron pequeños trozos, de hasta 2 gramos de peso, de vegetales previamente desinfectados. Las proporciones de las dietas se midieron con una gramera de dos decimales, y se registraron tanto la cantidad de alimento agregado como la cantidad de residuos extraída en cada repetición.

2.5. Toma de datos y estadística

Los datos se recopilaron en intervalos semanales y abarcaron variables como la tasa de supervivencia y de pupa, el tiempo requerido para que las larvas se convirtieran en pupas, el factor de conversión de alimento (FCA) y la cantidad de frass producido en cada tratamiento. La longitud de las larvas se midió en milímetros, tomando una muestra al azar de entre 5 y 10 larvas por repetición. Las variables de FCA y longitud final, por tener un gran número de datos, se promediaron hasta obtener un valor por repetición de cada tratamiento.

Figura 2 Toma de medidas de la longitud de las larvas de Tenebrio molitor. Se colocaron las larvas sobre una superficie milimetrada. 

En el momento en el cual se tomaron los datos, también se agregó sustrato húmedo en todos los tratamientos. Se buscaron individuos muertos o pupas, a las que se les cambió de contenedor para evitar depredación y/o contaminación.

Los datos se registraron en hojas de cálculo de Excel 365. Para la estadística se consideró un nivel de significancia de p < 0.05 y un nivel de confianza de 95%. Se realizaron pruebas de normalidad y se utilizaron estos resultados para determinar la prueba estadística más apropiada. Se aplicaron pruebas estadísticas como U de Mann-Whitney, T de Student, ANOVA o Kruskal-Wallis, junto con pruebas post hoc, según corresponda. Para el análisis se utilizó el software BioEstat (^{Ayres et al., 2007}).

El registro de longitud se realizó en milímetros (Figura 2) y se promedió por repetición cada semana.

Los resultados fueron interpretados con el propósito de comprender la influencia de las distintas dietas en el desarrollo de las larvas y la producción de frass, y así poder establecer la efectividad de los diferentes tratamientos en el contexto de una economía circular.

3. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Durante un periodo de seis meses, se registraron las variables ambientales en la cámara de cría, con promedio de humedad de 49,27%± 7,8 %; mientras que la temperatura se promedió en 23,66°C ± 9,56. Según la Plataforma Internacional para alimentos de Insectos (IPIFF, 2022), para T. molitor las condiciones ambientales ideales incluyen una humedad relativa del 70% y una temperatura de 25°C y que no superen los 45°C. Para esta investigación, si bien el valor de humedad no alcanza el porcentaje ideal para este parámetro, este valor no influiría en la supervivencia de las larvas. Dado que, a una temperatura cercana a los 25°C, la humedad no influye directamente en la supervivencia de larvas, pupas y adultos de T. molitor. En estas condiciones la supervivencia de cada etapa oscila en el 90% (^{Mirzaeva et al., 2020}).

La tasa de supervivencia entre los tres grupos de estudio de T. molitor, se evidenció una diferencia significativa (p=5,0x10^-4). El tratamiento con una dieta totalmente inorgánica presentó un promedio de 26,75%, en comparación con los otros dos tratamientos que alcanzaron valores del 57% y 66% respectivamente para la dieta orgánica y combinada (Figura 3). La tasa de supervivencia es una variable importante en el estudio, debido a que es la variable más evidente para pronosticar y evaluar el sustrato como un elemento viable para el desarrollo de las larvas.

En el trabajo de ^{Yang et al. (2018}) en relación con la influencia de una dieta plástica en T. molitor: y en otro trabajo con especies de escarabajos como Zophobas atratus, se ilustraron tasas de supervivencia entre 75% y 90%. Las diferencias en los porcentajes de supervivencia, entre este y otros trabajos previamente publicados, responden principalmente al periodo de análisis. En esos trabajos se estudió el desarrollo larval durante aproximadamente 30 días (^{Jiang et al., 2021}; Yang et al., 2018) y en etapas larvales más avanzadas. El poco estrés al que las larvas se someten en periodos de investigación cortos, junto con la posibilidad de que las larvas, al no ser jóvenes, acumulen reservas nutricionales y energéticas no limitarían la supervivencia de ellas en los estudios que anteriormente se citó.

Los insectos holometábolos, como los escarabajos, para completar su ciclo de vida, deben pasar por un estado de pupa (^{Mondragón, 2021}). En esta investigación, no se encontró, ni registró la formación de pupas en las repeticiones sometidas a una dieta inorgánica durante el periodo de seis meses. Al comparar los valores de las dietas orgánica y combinada (ver Figura 3), se determinó una diferencia importante (p=6,0x10^-4) en la tasa de formación de pupas, con una tasa de 34,25% para los individuos alimentados con una dieta orgánica, y de solo del 11% para las alimentadas con una dieta combinada. En un estudio similar realizado por ^{Lou et al. (2021}), donde se observó que el grupo alimentado con salvado y plástico, se registraron porcentajes superiores de larvas que llevaron a la etapa de pupa.

El tiempo necesario para que las larvas se convirtieran en pupa se registró, y no se encontraron diferencias significativas entre los promedios de 165,06±13,76 y 155 ±15,59 días para los tratamientos de dieta orgánica y dieta combinada, respectivamente (ver Figura 4). En el análisis no se incluyeron valores para la dieta inorgánica, ya que no se formaron pupas en este tratamiento durante el periodo de observación.

La diferencia entre los grupos en la longitud final que alcanzaron las larvas resultó ser significativa (Tabla 1). La longitud promedio inicial para todas las larvas fue de 113 mm± 2,952. A medida que avanzaba el tratamiento, se evidenció (Figura 3 y 4) una diferencia importante (p<0.01) entre las dietas orgánicas y combinadas con la dieta inorgánica. Dicha diferencia se puede apreciar en la Tabla 1.

Figura 3 Representaciones gráficas de las variables de desarrollo larval. A: Tasa de supervivencia para los tratamientos. B: Tasa de larvas que llegaron a pupa en cada tratamiento. C: Diferencia de la longitud final en cada tratamiento. D: Tiempo en días que tardaron las larvas en pupar en las dietas. 

Figura 4 Descripción del crecimiento en centímetros de la muestra de larvas de cada tratamiento a lo largo de seis meses 

Las larvas que se desarrollaron en una dieta totalmente plástica no alcanzaron su etapa de pupa. Este hecho es una respuesta a que las larvas no alcanzan su tamaño ideal, debido a su nutrición, para desencadenar la reacción hormonal que les permite pupar (^{Truman y Riddiford, 2019}). Además, las condiciones ambientales en un sustrato solo de plástico pueden ser difíciles de controlar y mantener en el interior de cada una de las repeticiones. Las últimas etapas de larva y pupa son sensibles a la temperatura (^{Arbab, 2019}). Por esta razón, y junto con la desnutrición larval, se comprende porqué el tiempo larval de este tratamiento se prolonga, a tal punto que no se presentaron individuos en etapa de pupa en seis meses de análisis.

Tabla 1 Promedios y desviaciones para las variables de desarrollo larval de cada tratamiento 

El grupo de larvas sometidas a una dieta completamente inorgánica demostró las tasas más bajas de supervivencia, formación de pupas y crecimiento que se registró. Este hallazgo sugiere que el EPS no proporciona suficientes nutrientes para un desarrollo ideal de las larvas, aunque pueda suplir sus necesidades energéticas (^{Bożek et al., 2017}). Además, fue notable que, a pesar de que todas las repeticiones recibieron la misma proporción de alimento fresco y de sustrato de dieta, las larvas en la dieta combinada consumieron el alimento de manera más voraz. Al contrario, las larvas sometidas a la dieta inorgánica mostraron una tendencia conductual de preferencia por consumir primero el alimento fresco, utilizando el plástico como refugio.

Según ^{Yang et al. (2023}), T. molitor responde positivamente a una dieta que combine harinas y restos plásticos, lo cual puede atribuirse a la capacidad de las larvas para desarrollar una microbiota intestinal diversa que les permite aprovechar de manera más eficiente los recursos alimenticios disponibles (^{Lou et al., 2020}). En el intestino, se generaría un cambio en el ecosistema bacteriano en respuesta a la inclusión de material inorgánico en la dieta, favoreciendo así a cepas bacterianas menos exigentes y más adaptables a las condiciones ambientales alteradas por el cambio de dieta.

Pero también, una microbiota sometida exclusivamente a una dieta de EPS podría no adaptarse completamente, lo que se suma a la falta de recursos nutritivos en el plástico. De hecho, un estudio concluyó que una dieta plástica disminuye la diversidad del microbioma intestinal en las larvas de otra especie, Zophobas morio, y aumenta la proporción de grupos bacterianos patógenos (^{Sun et al., 2022}). La propuesta de que las larvas desarrolladas en una dieta combinada pueden aprovechar mejor los recursos alimenticios se refuerza con el hecho de que no hay diferencias significativas en el crecimiento longitudinal final entre las larvas de la dieta combinada y las larvas de la dieta orgánica.

Actualmente, el cultivo de insectos se enfoca en la generación de proteína, relegando el tratamiento de residuos. Sin embargo, se conoce que una dieta plástica no genera estrés oxidativo en las células de las larvas de coleópteros, e incluso, no afectaría la salud de los individuos, quienes incluso acumularían una mayor proporción de proteína en comparación con una dieta convencional (^{Zielińska et al., 2021}). De confirmarse estas ideas, se amplían significativamente las posibilidades de subproductos y aprovechamiento de recursos en un modelo de economía circular y entomoremediación plástica.

La cantidad de frass recolectado luego del ensayo, fue similar entre la dieta orgánica y la dieta combinada, pero significativamente menor en el caso de la dieta inorgánica (Tabla 2, Figura 5). Esto es una respuesta a que las larvas no tienden a una inclinación natural a alimentarse de plástico.

Los trabajos de ^{Bulak et al. (2018}) y ^{Yang et al. (2021}) señalan que lo óptimo sería agregar aditivos a los tratamientos plásticos para estimular su consumo o inclinarse hacia dietas combinadas que incluya harinas. Una dieta basada totalmente en plástico no sería ideal para fomentar la entomoremediación de EPS, ya que las larvas no consumen el sustrato de manera voraz y no producen cantidades significativas de frass para revalorizar los residuos. Incluso, teniendo en cuenta que el crecimiento de las larvas es considerablemente más lento, el ciclo de vida se alargaría debido a la falta de nutrientes. Esto resultaría en un sistema ineficiente, con bajas posibilidades de reproducción de los insectos y, por lo tanto, tasas bajas de aumento de biomasa viva para procesar los residuos.

En relación con la cantidad de biomasa aprovechable, en todo tipo de granjas se interpreta la conversión de alimento como la unidad mínima de alimento que requieren los individuos para generar una unidad de cosecha (^{Cabezas, 2023}). Se entiende que, a mayor cantidad de larvas, mayor capacidad de procesamiento de sustrato tiene el sistema.

En este sentido, los mejores valores de FCA se obtuvieron de la dieta combinada, que fue significativamente más eficaz que las otras dos dietas (ver Tabla 3). Con este hecho se explica de mejor manera, que las larvas criadas en una dieta combinada tienen mayor capacidad para alimentarse del sustrato, sobrevivir al tratamiento y generar el biofertilizante de interés.

Tabla 2 Datos de la cantidad de Frass recolectado por tratamiento 

Figura 5 Representaciones gráficas de A: TCA para las tres dietas y, B: Cantidad de Frass recolectada en 6 meses de cada tratamiento. 

Tabla 3 Datos del promedio de TCA para las tres dietas 

4. CONCLUSIONES

El desarrollo de larvas de T. molitor se ve afectado negativamente cuando el sustrato de crecimiento se basa únicamente en EPS. En estas condiciones, se observa una disminución en la tasa de supervivencia. Además, es evidente que la inclusión de plástico ya sea como combinación en la dieta o como sustrato único, conlleva una prolongación del tiempo de desarrollo larval. Aunque esta diferencia no resultó entre la dieta combinada con EPS y la dieta completamente orgánica.

Un sustrato totalmente inorgánico no demuestra éxito en el contexto de un sistema de entomoremediación. Esto se evidencia por la cantidad de frass que se extrajo de las repeticiones compuestas por EPS, que tuvo un valor significativamente menor que las otras dietas. Por ello, queda claro que las larvas no tienen un impulso natural para alimentarse exclusivamente de plástico, aun cuando sea el único recurso disponible.

Las dietas combinadas evidencian mejores valores de Factor de Conversión Alimento (FCA) y, por lo tanto, mayor cantidad de biomasa capaz de procesar los residuos plásticos sin comprender los niveles de supervivencia. La escasa biomasa generada junto con un procesamiento limitado de EPS por parte de las larvas resulta en una producción de frass poco efectiva, lo que a su vez hace que el sistema carezca de rentabilidad.

Es relevante recalcar que los restos generados de la masticación pueden tener tamaños minúsculos, incluso si no han pasado por el tracto digestivo de las larvas. Por esta razón, es probable que el frass final contenga fragmentos no procesados de alimento, ya sea sustrato orgánico o plástico. Sin embargo, en este estudio no es viable separar y cuantificar la cantidad de microplásticos formado. Por ello, es crucial ampliar la investigación en esta área para determinar la proporción de fragmentos inorgánicos presentes en el biofertilizante. Si existe una proporción significativa o ambientalmente peligrosa, se sugiere considerar vías de tratamiento complementario a para mejorar la calidad del producto final.

Es importante prolongar la investigación en este tema, de esta manera se puede determinar la proporción de fragmentos inorgánicos en el biofertilizante y, de existir un volumen importante del mismo se plantea proponer vías de tratamiento complementario para mejorar la calidad del producto final.

La estandarización de la dieta se plantea como una necesidad importante para futuras investigaciones, dado que las características del frass pueden variar según la especie criada y la alimentación proporcionada a las larvas.

La interacción con variables ambientales como la temperatura, humedad, fotoperiodo, calidad y disponibilidad de alimento puede influir en el tiempo de vida y en la frecuencia de cambio de estadio de las larvas. Esta manipulación podría ser empleada para controlar el periodo durante el cual las larvas se mantienen en su estado larval y, por ende, mejorar el proceso de entomoremediación.

Es importante abordar de manera adecuada el manejo del frass resultante de este proceso de insecticultura. La gestión eficiente de los residuos se convierte en un factor esencial para fomentar un biocomercio responsable centrado en los insectos y, de esta forma, aprovechar los beneficios socioeconómicos y ambientales que puede brindar esta revalorización novedosa de residuos plásticos.